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《基于ANSYS钢筋混凝土梁开裂有限元模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2312007年第12期西部探矿工程基于ANSYS钢筋混凝土梁开裂有限元模拟研究12赵亚敏,唐习龙(1.中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075;2.中山市规划设计院,广东中山528400)摘要:由于裂缝的存在使得对钢筋混凝土梁的分析变得非常复杂,以ANSYS有限元分析软件为基础,模拟了钢筋混凝土梁自开始受荷直到破坏的全过程,分析了裂缝的形成和发展机理,确定了开裂荷载、破坏荷载等钢筋混凝土结构的重要特性,为设计提供可靠依据。关键词:裂缝;钢筋混凝土梁;ANSYS;有限元中图分类号:TU528文献标识码:B文章编号:1004—5716(2007)12—0231—0
2、31概述利用通用有限元软件ANSYS对钢筋混凝土梁进钢筋混凝土结构问世已有100多年,由于它的经济行分析时,在分离式模型中,选择的单元对象为两种:性,耐久性,整体性,可模性以及耐火性使它在世界各国SOLID65和LINK8。在分布式模型中,它所选择的单的土木工程中得到了广泛的应用。钢筋混凝结构是由元对象只有SOLID65。SOLID65是三维钢筋混凝土实钢筋和混凝土这两种性质迥异的材料组合而成的,混凝体单元,能够计算拉裂和压碎,并可利用其独特的加筋土性质复杂,应力应变关系是非线性的,在复杂应力条功能,通过设定REBAR的参数来控制钢筋混凝土中钢[2]件下的本构关系
3、仍不十分清楚,普遍适用的强度理论也筋的数量与方位的。LINK8是一种三维杆单元。未建立,钢筋与混凝土之间的粘结关系性质也很复杂。SOLID65单元应力应变关系的总刚度矩阵表达式同时混凝土杭拉强度很低,在通常情况下钢筋混凝土结为:NN构总是带裂缝工作的,由于以上因素使得对钢筋混凝结rRcrRr[1][D]={1-∑Vi}[D]+∑Vi[D]j(1)构的有限元分析变得十分困难。i=1i=1式中:Nr———加固物(钢筋)的数目;利用大型有限元分析软件ANSYS模拟钢筋混凝R土梁自开始受荷直到破坏的全过程,分析裂缝的形成和Vi———加固的体积率,亦可以理解为钢筋的配筋率;
4、发展机理,确定结构的开裂荷载、破坏荷载等结构的重c[D]———混凝土的刚度矩阵,是通过在各向同性要特性,为设计提供可靠依据。2钢筋混凝土梁有限元模拟方法材料种插入各向异性的应力应变关系而得到的,可以表有限元模拟钢筋混凝土构件时,根据对钢筋处理方示为:式的差异,主要分为分离式与分布式两种模型。分离式[Dc]=E(1+v)(1-2v)模型是将混凝土与钢筋各自划分为足够小的单元,按照(1-v)vv000混凝土与钢筋不同的力学性能,选择不同的单元形式。v(1-v)v000分布式模型也称均布式模型,它将混凝土与钢筋假定为vv(1-v)000混合在一起的各向同性材料。分离式模
5、型与分布式模(1-2v)00000型各有优缺点,分离式模型考虑了钢筋和混凝土之间的2粘结和滑移的实际情况,所得结果较为真实可靠,但对0000(1-2v)02它模拟时处理过程较为繁琐,当混凝土中的钢筋较多时(1-2v)00000尤为如此,而且在求解时不易收敛。分布式模型所得的2结果与实际情况不符,所以较为粗略,但它的建模过程(2)r相对简单,而且求解易于收敛。鉴于此,对于一些准确式中:[D]i———第i个加固物(钢筋)的刚度矩阵。性要求相对较低的定量分析问题或一些定性分析问题3裂缝的机理及在有限元模拟中的处理方式都可采用分布式模型,而对一些准确性要求较高的定量开裂后
6、混凝土在裂缝方向无泊松效应,材料变为各分析问题则要采用分离式模型。向异性,以开裂时的主应力方向为材料各向异性主轴,232西部探矿工程2007年第12期在正交裂缝模型中发生两次开裂后在局部坐标系下本土应力、钢筋应力及粘结应力。用来分析承受相同荷载构矩阵为:的同一根梁在不同裂缝情况下的应力状态,对比不同裂Er100000缝情况下应力状态的差别,从而可知各种裂缝对内力的0Er20000影响。随着计算速度和网格自动划分的快速实现,离散00Er3000裂缝模型有被推广使用的趋势。采用离散裂缝模型进c[D]=(3)000β1G00行钢筋混凝土非线性有限元分析时,必须确定混凝土
7、的0000β2G0开裂准则,处理好混凝土的受拉劲化效应及裂缝面上剪[4]00000β3G力传递模式。-4对钢筋混凝土梁而言,当截面开裂以后其抗弯刚度式中:Eri———开裂方向的弹性模量,这里取Eri=10×E。将随着裂缝的开展而不断变化。对钢筋混凝土梁自开混凝土开裂以后,材料内部已经受到损伤,如果再次始、受荷直到破坏的全过程进行模拟能得到钢筋混凝土受压其强度将会降低。若不考虑开裂后混凝土强度的降梁在弹性阶段的受力性能、混凝土塑性影响、裂缝的形低,将高估结构的刚度。尤其是在以剪切为主的结构中,成和发展、钢筋和混凝土之间的粘结和滑移、钢筋的屈不计开裂后混凝土受压强度的
8、降低,将使
